Na 14 ijskoude maanden op Antarctica te hebben doorgebracht, verlieten negen expediteurs het continent met iets kleinere hersenen, volgens een nieuwe studie.
Een team van onderzoekers scande de hersenen van de expediteurs voor en na de reis en ontdekte dat bepaalde structuren in het orgel tijdens de reis waren gekrompen. In het bijzonder had een hersenstructuur die cruciaal is voor leren en geheugen, de hippocampus genaamd, een aanzienlijk volume verloren. De resultaten, die vandaag (4 december) zijn gepubliceerd in The New England Journal of Medicine, suggereren dat de expediteurs de broodnodige hersenstimulatie mogelijk hebben gemist door te wonen en te werken in een geïsoleerd onderzoeksstation op het poolijs, met slechts een weinig geselecteerde mensen en maandenlang.
De krimp van de hersenen kan ook het vermogen van de expeditieurs om emoties te verwerken en met anderen te communiceren ondermijnen, omdat de hippocampus "de sleutel" is tot die cognitieve vaardigheden, co-auteur Alexander Stahn, een onderzoeker in de ruimtevaartgeneeskunde aan de Charité - Universitätsmedizin Berlin en assistent-professor in medische wetenschap in de psychiatrie aan de Universiteit van Pennsylvania, vertelde WordsSideKick.com in een e-mail.
De hersenveranderingen die bij het Antarctische team zijn waargenomen, weerspiegelen soortgelijke waarnemingen bij knaagdieren, wat suggereert dat langdurige perioden van sociaal isolement het vermogen van de hersenen om nieuwe neuronen te bouwen, belemmeren. Wonen in een "eentonige" omgeving, een plek die zelden verandert en weinig interessante objecten of kamers bevat om te verkennen, lijkt veranderingen in de hersenen van knaagdieren teweeg te brengen die lijken op die van expeditioners, vooral in de hippocampus. Als een van de weinige hersenregio's die neuronen tot volwassenheid genereert, bedraadt de hippocampus voortdurend onze neurale circuits terwijl we leren en nieuwe herinneringen opdoen, volgens BrainFacts.org.
Hoewel het knaagdierbrein lijkt te vertrouwen op omgevingsstimulatie om de hippocampus in stand te houden, is er minder bekend over de effecten van isolatie en eentonigheid op het menselijk brein. Stahn en zijn co-auteurs dachten dat een afgelegen onderzoeksstation op de Zuidpool het perfecte laboratorium zou kunnen zijn om te onderzoeken. Stahn bestudeert voornamelijk hoe de hersenen zouden kunnen veranderen tijdens ruimtevaart op lange termijn, maar op Antarctica kon hij die effecten een beetje dichter bij huis onderzoeken, zei hij.
"Het kan worden beschouwd als een uitstekende ruimte-analoog om de effecten van langdurige isolatie en opsluiting te beoordelen", zei hij.
Het poolonderzoeksstation in kwestie, het Neumayer Station III genoemd, staat op het Ekström-ijsplateau nabij de Weddellzee en herbergt negen mensen gedurende de wintermaanden, volgens het Alfred Wegener Institute, dat het station beheert. Het gebouw zelf bevat de meeste werkruimten, gemeenschappelijke ruimtes en voorraadruimten van het team en doemt op boven de met sneeuw bedekte ijsplaat op 16 hydraulische stutten. Omringd door bitterkoude wildernis, past het station zeker in de leerboekdefinitie van "geïsoleerd".
Voordat de expeditioners naar de Antarctische winter trokken, scanden Stahn en zijn co-auteurs de hersenen van de proefpersonen via magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), die een sterk magnetisch veld en radiogolven gebruikt om structurele beelden van de hersenen vast te leggen. Om medische redenen kon een van de expediteurs geen MRI ondergaan, maar de auteurs maten wel de interne niveaus van een eiwit dat hersen-afgeleide neurotrofe factor (BDNF) wordt genoemd voor alle negen teamleden. Het BDNF-eiwit ondersteunt de groei van nieuwe neuronen en zorgt ervoor dat de ontluikende cellen kunnen overleven; zonder BDNF kan de hippocampus geen nieuwe neurale verbindingen smeden.
De auteurs testten het BDNF-niveau en de cognitieve prestaties van de expediteurs tijdens de expeditie en scanden hun hersenen opnieuw nadat het team naar huis was teruggekeerd. Onderzoekers trokken ook dezelfde metingen van negen gezonde deelnemers die niet op expeditie gingen.
Zeker, de expeditioners verloren tijdens hun 14 maanden op de Zuidpool meer hippocampusvolume en BDNF dan de groep die thuis bleef.
Met name een gebied van de hippocampus, de dentate gyrus genaamd, daalde aanzienlijk bij de acht expeditioners die een MRI ondergingen. Deze regio dient als het broeinest van neurogenese binnen de hippocampus en registreert herinneringen aan gebeurtenissen, volgens BrainFacts.org. Gemiddeld nam de getande gyrus van elke expeditie-expeditie met ongeveer 4% tot 10% af tijdens hun verblijf op het onderzoeksstation.
Expeditioners met een groter volumeverlies in de dentate gyrus presteerden ook slechter op tests van ruimtelijke verwerking en selectieve aandacht, vergeleken met hun scores vóór de expeditie. Andere hersengebieden van expeditioners leken ook te krimpen tijdens de reis, waaronder verschillende plekken op de hersenschors (de gerimpelde buitenste laag van de hersenen); deze plekken waren de linker parahippocampale gyrus, de rechter dorsolaterale prefrontale cortex en de linker orbitofrontale cortex.
Een kwart van de expeditie waren de BDNF-niveaus van de expediteurs al gedaald van hun basisniveau, en uiteindelijk daalden ze gemiddeld met ongeveer 45%. Deze niveaus bleven laag zelfs 1,5 maand nadat het team naar huis terugkeerde. Grotere afnames in BDNF-niveaus correleerden met groter volumeverlies in de dentate gyrus van vóór de expeditie tot daarna, aldus de studie.
Omdat hun studie slechts negen mensen omvatte, benadrukten de auteurs dat hun "gegevens met voorzichtigheid moeten worden geïnterpreteerd". Op basis van hun onderzoek alleen kunnen de auteurs niet bepalen welke elementen van de expeditie met name een sociale of ecologische achterstand vormden, merkten ze op. Niettemin, aldus de onderzoekers, wijzen de resultaten erop dat langdurige isolatie het menselijk brein van BDNF kan uitputten, de structuur van de hippocampus kan veranderen en belangrijke cognitieve functies zoals geheugen kan ondermijnen.
De onderzoekers onderzoeken momenteel verschillende mogelijke manieren om deze krimp van de hersenen te voorkomen, 'zoals specifieke fysieke trainingsroutines en virtual reality om sensorische stimulatie te vergroten', zei Stahn. Theoretisch, als de bevindingen van studies bij knaagdieren waar zijn bij mensen, zou het "verrijken" van iemands omgeving met nieuwe items en activiteiten de hippocampus kunnen beschermen tegen krimp, aldus de auteurs.
